[發明專利]一種制備磷酸錳鋰基復合正極材料的方法

在審

• 申請號: 201710006241.0
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106602029A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 方海升;王星寧;盧小朋
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/587;H01M10/0525
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技術領域

本發明涉及一種制備磷酸錳鋰基復合正極材料的方法，屬于鋰離子電池電極材料技術領域。

背景技術

鈷酸鋰（LiCoO₂）是目前商品化鋰離子電池中應用最廣泛的正極材料，但鈷資源匱乏，造成LiCoO₂材料價格高昂，增加了鋰離子電池的材料成本。橄欖石型磷酸錳鋰（LiMnPO₄）具有4.1 V 的電壓平臺，與LiCoO₂的4 V平臺基本一致，而且生產原料來源廣泛，是一種物美價廉的正極材料，可望替代LiCoO₂材料。然而，純的LiMnPO₄材料電化學活性低，無法滿足實際應用的要求，但通過陽離子取代、減小顆粒尺寸和碳包覆等方法改性后，所得LiMnPO₄基材料性能得到了極大提高，近年來引起了人們極大的關注。其中，錳位鐵鎂共取代磷酸錳鋰基復合正極材料（LiMn_0.8Fe_0.2-xMg_xPO₄/C，0 ≤ x ≤ 0.05）具有優異的電化學性能，表現出了很好的應用前景。

目前，制備LiMnPO₄基材料的方法有固相法、溶膠-凝膠法、水熱法、溶劑熱法、共沉淀法等，除了水熱法和溶劑熱法等少數液相法能直接制備LiMnPO₄基材料外，大部分方法都是先制備前驅體，然后燒結得到LiMnPO₄基材料。無論是前驅體的烘干還是燒結，傳統的方法都需要幾個小時至一二十個小時，制備時間長，效率低。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題，提供一種制備磷酸錳鋰基復合正極材料的方法，利用噴霧干燥法快速烘干制得前驅體，然后通過微波燒結快速合成制備錳位鐵鎂共取代磷酸錳鋰基（LiMn_0.8Fe_0.2-xMg_xPO₄/C，0 ≤ x ≤ 0.05）復合正極材料。

一種制備磷酸錳鋰基復合正極材料的方法，具體步驟如下：

（1）室溫條件下，將鋰源、錳源、鐵源、鎂源、磷源和碳源混合均勻，并在固體混合物中加入水，其中水與固體混合物的液固重量比為0.5~1:1，球磨混合2~10h；然后加水稀釋得到漿料，其中漿料中水和固體混合物的液固重量比為2~9:1；

（2）在溫度為200~350℃的條件下，將步驟（1）所得漿料進行噴霧快速高效干燥制得前驅體；

（3）在惰性氣氛保護下，將步驟（2）所得前驅體進行微波加熱，微波燒結，冷卻即得LiMn_0.8Fe_0.2-xMg_xPO₄/C復合正極材料。

所述步驟（1）固體混合物中鋰離子、錳離子、鐵離子、鎂離子與磷酸根離子的摩爾比為1 : 0.8 : 0.2-x : x : 1（0 ≤ x ≤ 0.05）。

所述步驟（1）中碳源的質量為鋰源、錳源、鐵源、鎂源和磷源總質量的3~15%。

所述步驟（1）中鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸二氫鋰中的一種或兩種；

所述步驟（1）中錳源為草酸錳鐵或磷酸錳鐵；

所述步驟（1）中鐵源為草酸錳鐵或磷酸錳鐵；

所述步驟（1）中鎂源為草酸鎂或醋酸鎂；

所述步驟（1）中磷源為磷酸二氫鋰、磷酸二氫銨、磷酸錳鐵中的一種或兩種；

所述步驟（1）中碳源為炭黑、蔗糖或葡萄糖；

所述步驟（3）中惰性氣氛保護的氣體為氮氣或氫氮混合氣；

所述步驟（3）中微波頻率為2450 MHz，微波加熱升溫速率為1~10℃/min，微波燒結溫度為600~800℃，微波燒結時間為3~30min。

本發明的有益效果是：

本發明方法制備錳位鐵鎂共取代磷酸錳鋰基（LiMn_0.8Fe_0.2-xMg_xPO₄/C，0 ≤ x ≤ 0.05）復合正極材料的工藝簡單實用、易于實現而且快速高效，可以顯著縮短前驅體烘干和燒結的時間，從而顯著提高生產效率和節省材料生產成本，同時并不影響制備所得錳位鐵鎂共取代磷酸錳鋰基復合正極材料的性能，制備得到的材料電化學活性好，可逆容量高。

附圖說明